Alternativa tradicionalnim energetskim virom so različne vrste biogoriv, za izdelavo katerih se uporabljajo rastlinske ali živalske surovine, industrijski odpadki in rezultati vitalne dejavnosti organizmov.
Ponujamo razumeti prednosti in slabosti uporabe takega goriva, ugotoviti značilnosti proizvodnje, funkcionalne značilnosti, pa tudi oceniti učinkovitost uporabe različnih vrst biogoriv. Navedene informacije vam bodo pomagale pri izbiri alternativnih virov energije.
Kaj je biogorivo
Najbolj obetavno področje v energetskem sektorju je tehnologija, ki vključuje uporabo obnovljivih virov, vključno z biogorivi.
Najpogostejša vrsta biogoriva so običajna drva. 38% svetovnega prebivalstva jih uporablja za ogrevanje in kuhanje
Kot surovine za njegovo proizvodnjo se lahko vzame biomasa rastlinskega / živalskega izvora, vključno z industrijskimi odpadki ali živalskimi odpadki.
Predelava takšnih snovi poteka s termokemično ali biološko metodo, v slednjem primeru se gorivo pridobiva z uporabo različnih vrst mikroorganizmov.
Delež uporabe bioloških goriv nenehno raste, kar prispeva k ohranjanju virov fosilnih ogljikovodikov (+)
Mnoge države imajo posebne programe za povečanje deleža biogoriv v nacionalni in regionalni porabi energije. Številne države imajo tudi obvezne standarde za uporabo tega vira energije.
Prednosti in slabosti biogoriv
Biološke vrste goriva imajo svoje pozitivne in negativne strani. Zanimanje za uporabo te vrste surovin povzročajo njene nedvomne prednosti.
Tej vključujejo:
- Proračunski stroški. Čeprav cene biogoriv trenutno sovpadajo s stroški bencina, biološke snovi veljajo za bolj donosno vrsto goriva, saj med zgorevanjem proizvedejo manj emisij. Biogorivo je primerno za uporabo v različnih pogojih, hkrati pa ga je mogoče prilagoditi motorjem različnih izvedb. Še en plus je optimizacija motorja, ki zaradi majhne količine saje in izpušnih plinov ostane dlje čist.
- Mobilnost. Biogorivo se od drugih alternativnih virov energije razlikuje po svoji mobilnosti. Sončne in vetrne turbine običajno vključujejo težke baterije, zato se najpogosteje uporabljajo nepremično, medtem ko se biogoriva lahko prevažajo iz ene regije v drugo brez večjih težav.
- Obnovljivi vir energije. Čeprav bodo po mnenju raziskovalcev obstoječa nahajališča surove nafte trajala vsaj nekaj sto let, so fosilne rezerve še vedno omejene. Biogoriva iz rastlin in živalskih odpadkov spadajo med obnovljive vire, ki jim v bližnji prihodnosti ne grozi izumrtje.
- Zaščita zemeljske atmosfere. Glavna pomanjkljivost tradicionalnih ogljikovodikov je velik odstotek CO2ki se sprosti med gorenjem. Ta plin ustvarja toplogredni učinek v atmosferi našega planeta, kar ustvarja pogoje za globalno segrevanje. Pri gorenju bioloških snovi se količina ogljikovega dioksida zmanjša na 65%. Poleg tega pridelki, ki se uporabljajo pri proizvodnji biogoriv, porabijo ogljikov monoksid, kar zmanjšuje njegov delež v zraku.
- Ekonomska varnost. Rezerve ogljikovodika so porazdeljene neenakomerno, zato so nekatere države prisiljene kupovati nafto ali zemeljski plin, pri čemer porabijo velike vsote za pridobivanje, prevoz in skladiščenje. V skoraj kateri koli državi je mogoče dobiti različne vrste biološkega goriva. Ker bo za njegovo proizvodnjo in predelavo potrebno ustvariti nova podjetja in s tem tudi delovna mesta, bo to koristilo nacionalnemu gospodarstvu in pozitivno vplivalo na blaginjo ljudi.
Izboljšanje tehnologij in razvoj novih metod lahko povečata pozitiven učinek biogoriv. Tako bo razvoj tehnologij, ki uporabljajo plankton in alge, znatno znižal njegovo ceno.
Obenem je na sedanji stopnji razvoja znanosti in tehnologije proizvodnja biogoriv povezana s številnimi težavami in nevšečnostmi. Najprej so to naravne omejitve pri gojenju rastlin.
Za rast pridelkov, ki se uporabljajo za proizvodnjo biomase, je treba upoštevati številne dejavnike, in sicer:
- Uporaba vode. Kmetijske rastline porabijo veliko vode, kar je omejen vir, zlasti v sušnih krajih.
- Invazivnost. Pridelki goriva so pogosto agresivni. Utopil je pristno rastlinstvo, ki bi lahko škodilo biotski raznovrstnosti in ekosistemu v regiji.
- Gnojila. Mnoge rastline potrebujejo dodajanje hranil, ki lahko škodujejo drugim pridelkom ali splošnemu ekosistemu.
- Podnebje. Nekatere podnebne cone (na primer puščava ali tundra) niso primerne za gojenje pridelkov na biogorivih.
Aktivno gojenje kmetijskih rastlin je povezano tudi z izčrpavanjem kmetijskih virov Neupoštevanje pravil kmetijske tehnologije lahko privede do zmanjšanja vsebnosti koristnih sestavnih delov tal in posledično do njihovega izčrpavanja, kar bo poslabšalo prehranski problem.
Prihaja do motenj ekosistema. Za proizvodnjo biomase se običajno zahteva širitev ozemelj, vključenih v kmetijstvo.
Pogosto se v ta namen očisti ozemlje, kar vodi v uničenje mikroekosistema (na primer gozdovi), smrt rastlin in živali.
Za proizvodnjo biogoriv se že prideluje velik obseg pridelkov. Več kot 50% oljne ogrščice, pridelane v Evropi, več kot tretjina ameriškega žita, skoraj polovica sladkornega trsa, gojenega v Braziliji, se uporablja za proizvodnjo biomase.
Obstajajo težave z rastočimi monokulturami. Za pridelavo večjega pridelka na biomaso pridelovalci pogosto posejejo zemljo z določeno rastlino. Takšna praksa se ne odraža dobro na stanju kmetijskih zemljišč, saj monokultura vodi v spremembo okolja.
Na poljih, ki jih zaseda ena vrsta rastlin, posebne sorte škodljivcev običajno parazitirajo. Poskus boja proti njim z insekticidi in pesticidi vodi le do razvoja odpornosti na ta zdravila.
Da bi se izognili zgoraj opisanim težavam, znanstveniki svetujejo, da ne zanemarimo biotske raznovrstnosti poljščin, če na poljih kombiniramo več rastlin in uporabljamo tudi lokalne sorte rastlinstva.
Generacije alternativnega goriva
Širok spekter rastlinskih materialov, ki se uporabljajo za biomaso, je običajno razdeljen na več generacij.
Prva generacija. Ta kategorija vključuje pridelke, ki vsebujejo visok odstotek škroba, sladkorja, maščob. To so tako priljubljene rastline, kot so koruza, sladkorna pesa, kanola, soja.
Ker gojenje teh pridelkov škoduje podnebju in njihova odstranitev s trga vpliva na cene izdelkov, jih znanstveniki poskušajo nadomestiti z drugimi vrstami biomase.
Iz kmetijskih rastlin, ki pripadajo surovinam prve generacije, se trenutno proizvajajo skoraj vse vrste sodobnih tekočih goriv (biodizel, etanol)
Druga generacija. Skupina biomase vključuje les, travo, kmetijske odpadke (lupina, lupina). Pridobivanje biogoriv iz takšnih surovin je drago, vendar nam omogoča, da rešimo problem recikliranja neživilskih ostankov s hkratno proizvodnjo gorljivih materialov.
Značilnost kultur, vključenih v to sorto, je prisotnost lignina in celuloze v njih. Zahvaljujoč njih se lahko biomasa sežiga in uplinja, pa tudi podvrže pirolizi, prejema tekoče gorivo.
Glavna pomanjkljivost biomase druge generacije se šteje za nezadostne donose na enoto površine, zato je treba za take pridelke dodeliti pomembne zemljiške vire.
Tretja generacija. Surovine za proizvodnjo biogoriv so alge, ki se gojijo v industrijskem obsegu, na primer v odprtih vodah.
Najbolj obetavna možnost so biogoriva, pridobljena iz enoceličnih alg. Takšne rastline hitro pridobivajo maso, za njihovo gojenje pa rodovitne zemlje ni potrebno.
Ta praksa ima velike možnosti, vendar se trenutno takšne tehnologije šele razvijajo. Znanstveniki izvajajo tudi raziskave za ustvarjanje tehnik za proizvodnjo biogoriv četrte in celo pete generacije.
Tri sorte biogoriv
Glede na stanje združevanja snovi obstajajo tri glavne vrste biogoriva:
- Trdna: drva, šota, živalski odpadki in kmetijska proizvodnja.
- Tekočina: biodizel, dimetil eter, bioetanol, biobutanol.
- Plinasti: bioplin, metan, biohidrogen.
Vsaka vrsta snovi ima svoje posebnosti, o katerih bomo govorili v nadaljevanju.
Tip 1: Trdna
Med najbolj priljubljene trdne sorte biogoriva spadajo les, šota, živalski odpadki.
Les (drva, drva, žagovina)
Starodavna vrsta biogoriv je drva, ki so dobro znana vsem in se že dolgo uporabljajo za ogrevanje domov in kuhanje. Do zdaj jih v različnih državah aktivno uporabljajo za proizvodnjo toplote / električne energije, zlasti na drva obratuje velika avstrijska termoelektrarna z zmogljivostjo 66 megavatov.
Hkrati imajo takšne surovine slabosti. Energetska vrednost kurilnega lesa je sorazmerno majhna: pri gorenju se del snovi usedi v obliki saje, zato je treba kamine in peči redno čistiti. Poleg tega je potrebno nekaj časa za dopolnitev zalog lesa - nova drevesa bodo rasla šele po 15-20 letih.
Odlična alternativa navadnemu lesu so peleti (peleti), za izdelavo katerih se uporablja podstandardni les: lubje, sekance, stisnjena žagovina, veje.
Peleti, pridobljeni iz lesa, šote in različnih odpadnih proizvodov, imajo drugačno barvo. Lahki se uporabljajo za kurjenje kaminov in peči, temni pa z visoko vsebnostjo lubja, namenjeni kotlom na trda goriva.
Za proizvodnjo gorivnih peletov se surovine drobijo v prah, ki se nato suši in stiska pri visoki temperaturi. Zaradi lignina, ki ga vsebuje les, nastane lepilna masa, iz katere se oblikujejo majhni valji dolžine 5-70 mm in premera 6-10 mm.
Sodobna alternativa tradicionalnemu lesu so briketi goriv štiri-, šest- ali osmerokotne oblike. Ta okolju prijazen material ima veliko odvajanje toplote.
Proizvodnjo peletov lahko nastavite neodvisno z izdelavo stiskalnice za brikete za gorivo.
Med priljubljenimi vrstami biogoriv spada tudi sekance, ki v evropskih termoelektrarnah pogosto služijo kot vir energije. Proizvodnja te surovine se izvaja na sečnji ali na posebnih proizvodnih linijah, opremljenih s stroji za drobljenje.
Močvarje in šota za gozdno gorivo
To je pogosta vrsta biogoriv, ki se že stoletja uporablja za domače in industrijske namene. Šota je plast mahu, ki ni popolnoma razpadel v močvirju, ki ga kopamo v številnih državah sveta: Rusiji, Belorusiji, Kanadi, Švedski, Indoneziji in drugih.
Šota, ki vsebuje 50-60% ogljika, velja za priljubljen material, ki nosi plin. Ta dragocena surovina se lahko uporablja ne le kot gorivo, ampak tudi kot gnojilo ali toplotni izolator.
Za udobje proizvodnega procesa se biomasa običajno predeluje na mestu proizvodnje. Postopek je sestavljen iz čiščenja (sejanja) surovin pred zunanjimi zaporami, čemur sledi sušenje in oblikovanje v obliki briketov ali zrnc.
Gorivo iz kmetijskih odpadkov
V kmetijski proizvodnji se praviloma nabira veliko različnih rastlinskih odpadkov: zunanje lupine rastlin, lupinarji, slama.
Takšne surovine lahko tudi stisnemo in granuliramo, da dobimo pelete goriva, katerih značilnosti so praktično enake peletom iz lesne biomase.
Živalsko biogorivo
Skupaj z drvami v starih časih so ljudje začeli uporabljati gorivo živalskega izvora, in sicer gnoj, posušen gnoj domačih živali. Sodobne tehnologije sušenja in predelave takšnih surovin omogočajo pridobivanje trdnih vrst biogoriv, ki so popolnoma brez neprijetnih vonjav.
Dolgo časa so nomadska ljudstva kot gorivo uporabljala posušen gnoj konj, kamel in goveda. Trenutno se biogoriva v obliki briketov ali peletov izdelujejo iz odpadnih proizvodov domačih živali.
Ker se živinski odpadki trenutno kopičijo v industrijskem obsegu, proizvodnja goriva iz njih hkrati rešuje vprašanje njihovega odlaganja.
Tip # 2: Tekočina
Tekoča biogoriva, ki so varna in okolju prijazna, se večinoma uporabljajo kot nadomestek bencina in drugih podobnih izdelkov. Med najpogostejše možnosti spadajo bioetanol, biometanol, biobutanol, biodizel, dimetil eter.
Bioetanol obrežite
To je običajno tekoče biogorivo, ki se uporablja za gorivo avtomobilov. Čeprav se čista snov ne uporablja kot gorivo, njen dodatek bencinu pomaga izboljšati delovanje motorja, povečati njegovo moč, nadzorovati ogrevanje motorja in zmanjšati izpusne izpuste.
Številne bencinske črpalke v Evropi, Aziji, Severni in Južni Ameriki ponujajo ne le tradicionalno gorivo, temveč tudi različne vrste biogoriv, zlasti mešanic, ki vsebujejo bioetanol
Bioetanol so cenili tudi ljubitelji kaminov. Ta snov ima dobro odvajanje toplote, poleg tega pa pri zgorevanju ne proizvaja saje in dima, količina izpuščenega ogljikovega dioksida pa je zmanjšana.
Zahvaljujoč tem lastnostim lahko gorivo uporabljate celo za kurjenje ognjišča v stanovanjskih stavbah. Več o biogorivih za kamine preberite v tem članku.
Bioetanol se proizvaja iz surovin prve generacije, ki vsebujejo škrob ali sladkor. Žita, koruza, sladkorna trsa, pesa se predelajo po tehnologiji alkoholnega vrenja.
Biobutanol za dolivanje avtomobilov
Biobutanol je biološko pridobljen analog butanola. Brezbarvna tekočina z značilnim vonjem se široko uporablja kot kemična surovina v industriji in se lahko uporablja tudi kot transportno gorivo.
Energetska intenzivnost butanola je blizu bencinu, kar vam omogoča, da delno nadomestite slednjega v gorivnih celicah. Za razliko od bioetanola se lahko biobutanol uporablja samostojno, brez dodajanja tradicionalnih vrst goriva.
Surovine za proizvodnjo te biološke snovi so različne rastline: pesa, kasava, pšenica, koruza.
Dimetil eter (C2H6O)
Je tudi okolju prijazno gorivo. Ko je zgorelo, v izpušnih plinih ni žveplovih spojin, vsebnost dušikovih spojin pa je 90% manjša kot pri zgorevanju bencina.
Dimetil eter je mogoče uporabiti brez posebnih filtrov, vendar je treba v dizajnu avtomobila opraviti kardinalne spremembe (električni sistem, vžig motorja).
Dimetil eter velja za obetavno možnost za avtomobilsko gorivo. Stroje z motorji, zasnovanimi za to gorivo, razvijajo tako velika podjetja, kot so Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan
Brez sprememb lahko kombinirate gorivo, ki vsebuje 30% dimetil etra, v strojih, ki so opremljeni z LPG motorji.
Tekoča goriva se lahko proizvajajo iz različnih surovin: zemeljski plin, premogov prah, biomasa in predvsem iz ostankov proizvodnje celuloze in papirja, ki se pri nizkem tlaku pretvorijo v tekočino.
Enocelični alge biometanol
Takšna snov je analog navadnega metanola, ki se široko uporablja za proizvodnjo številnih kemičnih spojin (ocetna kislina, formaldehid), uporablja pa se tudi kot antifriz in topilo.
Vprašanje proizvodnje tovrstnih biogoriv se je prvič pojavilo v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je skupina znanstvenikov predlagala pridobitev tekoče snovi z biokemijsko preobrazbo morskega fitoplanktona, katere gojenje bo potekalo v posebnih rezervoarjih.
Biometanol ima več potencialnih prednosti:
- visoka energetska učinkovitost - 14 po prejemu metana; 7 ob proizvodnji metanola;
- odlična produktivnost fitoplanktona - do 100 ton na hektar na leto;
- nezahtevni enocelični organizmiza gojenje katere ni potrebna sveža voda, rodovitna tla;
- ohranjanje kmetijskih virovker se fitoplankton goji v ribnikih ali morskih zalivih.
Čeprav industrijska proizvodnja biometanola še ni vzpostavljena, trenutno potekajo vztrajne raziskave in razvoj tehnologij za razvoj proizvodnje te vrste alternativnega goriva.
Biodizel kot alternativa za prevoz goriva
To je tekoče motorno biogorivo, sestavljeno iz mešanice estrov maščobnih kislin. Snov je varna za ljudi in živali, v 28 dneh se skoraj popolnoma razgradi v zemlji in ima tudi relativno visoko (<100) temperaturo vžiga.
Biodizel zmanjšuje odstotek emisij škodljivih plinov in tudi podaljšuje življenjsko dobo motorja, saj vključuje mazalne komponente.
Gorivo se uporablja za dolivanje avtomobilskih motorjev tako neodvisno kot v kombinaciji z običajnim gorivom. Upoštevati je treba le kratek rok uporabe biološke snovi: po treh mesecih se razpad biološke snovi začne s popolno izgubo lastnosti.
Za biodizel v EU je bil sprejet poseben standard EN14214. V nekaterih državah velja tudi standard EN590, ki omogoča dodajanje 5% biodizla v druga goriva.
Tip # 3: plinasti
Glavne vrste plinastih biogoriv vključujejo bioplin in biohidrogenov.
Bioplin kot nadomestek zemeljskega plina
Bioplin je skoraj popoln analog zemeljskega plina: vsebuje 13-50% CO2, 49-87% metana, pa tudi nečistoče H2 in H2S. Če to snov odstranimo iz ogljikovega dioksida, lahko dobimo biometan.
Plinasta biogoriva se pridobivajo iz biomase s fermentacijo vodika ali metana. Slednje povzročajo tri vrste mikroorganizmov: najprej je surovina izpostavljena hidroliznim bakterijam, ki jih nato nadomestijo mikrobi, ki tvorijo kislino in metan.
Proizvodnja bioplina se lahko izvaja na industrijskih in obrtnih napravah. Najpogostejša metoda proizvodnje je aerobna prebava v rezervoarjih z metanom.
Kot surovine lahko uporabimo različne materiale: silažo, gnoj, alge, odpadne vode, odpadke, ostanke fekalija, gospodinjske odpadke. Začetni material se spravi v homogeno stanje, nakar se z uporabo nakladalca postavi v reaktor.
Ohranja ugodno temperaturo + 35-38 ° C, kar je potrebno za izvajanje postopka fermentacije metana.
Surovine se nenehno mešajo, nastali plinasti izdelek pa se odvaja v plinski nosilec (skladiščna enota), od koder vstopi v električni generator.
Več o proizvodnji bioplina iz gnoja in ureditvi bioplinske naprave preberite v člankih:
- Kako narediti biogorivo z lastnimi rokami iz gnoja doma
- Naredite si bioplinarno za zasebno hišo: priporočila za napravo in primer izboljšave doma
Kemični biovodik
Nekatere plinasto biogorivo, ki je analog navadnega vodika, se pridobiva iz biomase z uporabo biokemičnih ali termokemijskih metod.
Pri termokemijski metodi se pripravljene surovine (na primer lesni odpadki) segrejejo na temperaturo 500-800 ° C brez kisika, plini H2, CO, CH4.
Obetavna metoda za proizvodnjo biohidrogena je bioftoliza. V tem primeru se plin proizvaja z algami, ki so postavljene v morsko vodo, kanalizacijo
V biokemijski metodi surovino vzdržujemo v udobnih pogojih pri normalnem tlaku in temperaturi pri približno 30 ° C.
Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes posebni mikroorganizmi se vnesejo v biomaso, ki razpade začetni produkt in sprosti vodik. Encimom je dovoljeno, da pospešijo proizvodnjo s polisaharidi.
V spodnjem videoposnetku si lahko ogledate postopek izdelave priljubljene vrste biogoriv - lesnih briketov:
Vrste biogoriv se razlikujejo ne le po stanju agregacije, ampak tudi po lastnostih. Pri izbiri takega materiala je treba upoštevati njihovo načrtovano uporabo, učinkovitost, funkcionalne lastnosti in stroške.
Imate izkušnje z uporabo alternativnih goriv? Ali želite postaviti vprašanja o biogorivih? Prosimo, da komentirate objavo in sodelujete v razpravah. Spodnji blok povratnih informacij se nahaja spodaj.